直线电机驱动控制的板弹簧骨架柔性手爪制造技术

本实用新型专利技术涉及直线电机驱动控制的板弹簧骨架柔性手爪，手爪由一个手掌和三个柔性手指组成。一个柔性手指1被安装在矩形手掌2的左侧对称中心处，另外二个柔性手指1分别被安装在矩形手掌2右侧对称中心的两侧；三个柔性手指1分别被安装在六边形手掌3的三个对应边处。每个柔性手指结构相同，主要由一个直线电机和一个板弹簧组成；作为骨架的板弹簧被分为变形段和抓取段，两段长度可相对调节；此多指手爪应用于易碎的脆性物体，或形状、大小变化的异形物体的抓持，属于机器人、机电一体化的应用技术领域；与机器人本体联接，尤其适用于食品、农产品、轻工产品的抓取、分拣和包装等生产和物流场合。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及直线电机驱动控制的板弹簧骨架柔性手爪，手爪由一个手掌和三个柔性手指组成。一个柔性手指1被安装在矩形手掌2的左侧对称中心处，另外二个柔性手指1分别被安装在矩形手掌2右侧对称中心的两侧；三个柔性手指1分别被安装在六边形手掌3的三个对应边处。每个柔性手指结构相同，主要由一个直线电机和一个板弹簧组成；作为骨架的板弹簧被分为变形段和抓取段，两段长度可相对调节；此多指手爪应用于易碎的脆性物体，或形状、大小变化的异形物体的抓持，属于机器人、机电一体化的应用
；与机器人本体联接，尤其适用于食品、农产品、轻工产品的抓取、分拣和包装等生产和物流场合。【专利说明】直线电机驱动控制的板弹簧骨架柔性手爪
:本技术属于机器人、机电一体化的
，涉及一种直线电机驱动控制的板弹簧骨架柔性手爪，用于食品、农产品、轻工产品的抓取、分拣和包装等生产和物流场合。
技术介绍
:针对轻工和食品行业的大规模生产状况，为满足形状复杂、物性多样的原材料、半成品、成品的物流和包装的需要，为解决简单劳动的用工成本高、劳动条件差等问题，需要物流抓取手爪。就抓取的复杂对象的种类:①易变形的软性物体(面包、软包装物品)；②易碎的脆性物体(禽蛋、玻璃陶瓷制品)形状不规则的、大小差别大的物体(瓜果、蔬菜)；④异形的、位置状态混乱且难理顺的物体(酒瓶、化妆品瓶)；从上可见，复杂对象的材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较大。传统工业手爪为夹钳式或平行移动式结构，只能抓取形状大小相同、位置状态一致、不会破损的刚性工件。仿人灵巧手需要感知复杂对象的空间位置和形状，需要精确控制运动和抓取力，否则会损坏复杂对象或不能可靠抓取，但目前仿人灵巧手尚处在实验室研究阶段。传统刚性机构是由运动副连接的刚性杆件组成的，进行运动、力或能量传递或转换的机械装置。柔顺机构(Compliant Mechanisms)也能传递或转换运动、力或能量,但与刚性机构不同，柔顺机构不仅由运动副传递运动，还至少从其柔性部件的变形中获得一部分运动。柔顺机构的两大优越性:降低成本(减少零件数目、减少装配、简化制造、减轻质量)和提高性能(提高精度、增加可靠性、减少磨损、减少维护)。本技术的柔性手指就是一种柔顺机构，板弹簧是柔顺机构的变形元件，其特点是:对外载荷具有良好的柔性自由度和缓冲性能，因此抓取复杂对象时，柔性自适应性好。本技术手爪的关键部件是柔性手指，亦称为柔性关节。本技术之前，授权专利(板弹簧骨架液气动式柔性弯曲关节，ZL200410065130.X)提出了一种橡胶波纹管膨胀加载式气动人工肌肉驱动器驱动的、板弹簧骨架的柔性弯曲关节，其缺点是:①橡胶波纹管气动人工肌肉驱动器的内腔压强不够大，靠板弹簧作用，回复到初始伸直状态板弹簧弯曲部分(即变形段)的长度不能调节，抓取物体的通用性不够好随着板弹簧的变形量越大，变形量的单位增量所需的人工肌肉内腔的压强增量越大，板弹簧越难弯曲，亦即柔性手指的弯曲角度-气压的曲线斜率越来越小；④尤其是人工肌肉驱动下，板弹簧受到的拉应力随人工肌肉内腔压强增大而增大，需要增大板弹簧截面面积才能满足强度要求，而增大板弹簧截面积的同时又会使板弹簧大变形的难度增加，人工肌肉输出力增加了使板弹簧变形的作用力，减小了柔性关节输出的抓取力。
技术实现思路
:本技术直线电机驱动控制的板弹簧骨架柔性手爪，手爪由一个手掌和三个柔性手指组成，手掌有矩形和六边形两种结构；每个柔性手指结构相同，主要由一个板弹簧和一个直线电机(又称为线性电机、线性马达、直线马达、直线驱动器)组成；作为骨架的板弹簧被分为变形段和抓取段，两段长度可相对调节；靠直线电机驱动产生抓持力，此多指手爪应用于易碎的脆性物体，或形状、大小变化的异形物体的抓持。本技术克服了上述不足，本技术多指手爪有三个柔性手指，每个柔性手指结构相同，柔性手指采用柔顺四杆机构，四杆分别是:驱动杆(直线电机的动子4a、推座3a、导向推杆7a和铰链座9a组成)、柔性杆(板弹簧8a)、长度可调的二力杆(左螺纹铰链杆12a、螺纹套13a、右螺纹铰链杆14a组成)和位置可调的支座杆(压板10a、铰链支座Ila组成)。驱动杆不是旋转运动,而是直线电机的动子4a带动推座3a、导向推杆7a和铰链座9a的直线运动。通过调节二力杆长度，使板弹簧弯曲部分(即变形段)的长度可以调节；二力杆长度越短，板弹簧弯曲部分(即变形段)的长度越短；二力杆长度越短，直线电机的动子4a行程越短，初始状态时二力杆与板弹簧的夹角越大，板弹簧的弯曲效果越好。本技术的主要解决方案是这样实现的:如附图1、2所示，本技术多指手爪的一种结构:由三个柔性手指I和一个矩形手掌2组成。一个柔性手指I被安装在矩形手掌2的左侧对称中心处，另外二个柔性手指I分别被安装在矩形手掌2右侧对称中心的两侧。如附图3、4所示，本技术手爪的另一种结构:由三个柔性手指I和一个六边形手掌3组成。三个柔性手指I分别被安装在六边形手掌3的三个对应边处。其中三个对应边的内切圆半径较大，适合大直径物体抓取；三个对应边的内切圆半径较小，适合小直径物体抓取。如附图5所示，前述的柔性手指I是一个部件，其安装结构是:直线电机的定子部件Ia用螺钉固定在指根板2a上，在直线电机的定子部件Ia的导向和驱动下、直线电机的动子4a上下运动，推座3a用螺钉固定在直线电机的动子4a，直线轴承6a用内六角螺钉固定在直角板5a上；导向推杆7a的上端螺纹部分与推座3a采用螺母联接，导向推杆7a穿过起导向作用的直线轴承6a，导向推杆7a下端螺纹部分与铰链座9a螺纹联接、并用螺母旋紧防松；板弹簧8a的上端被螺钉固定在指根板2a和直角板5a之间，板弹簧8a的中间被螺栓螺母固定在压板IOa和铰链支座Ila之间，板弹簧8a的最下端是曲面、便于接触被抓取物体；导向推杆7a的铰链座9a与右螺纹铰链杆14a之间是铰链联接，铰链支座Ila与左螺纹铰链杆12a之间铰链联接，左螺纹铰链杆12a和右螺纹铰链杆14a均旋在螺纹套13a内、并用螺母旋紧防松；顺、逆时针旋转螺纹套13a，可使左螺纹铰链杆12a和右螺纹铰链杆14a之间的相对距离增加或缩短。本技术多指手爪的安装形式是:对于每个相同的柔性手指1，其指根板2a均被螺钉固定在矩形手掌2或六边形手掌3上。本技术与已有技术相比具有以下优点:(I)柔性手指采用直线电机代替橡胶波纹管气动人工肌肉驱动器，驱动力大、抓取力大；靠直线电机反向运动，而不靠板弹簧作用，回复到初始伸直状态。(2)对材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较大的复杂对象，通过抓取实验和分析计算，再调节板弹簧弯曲部分(即变形段)的长度，这样既保证了柔性自适应地可靠抓取、又不会损坏抓取对象，因此多指手爪的通用性好。(3)随着导向推杆7a不断向下推移，由于二力杆与板弹簧的夹角不断增大，使板弹簧弯曲的分力不断增加，板弹簧越易弯曲；板弹簧的变形量越大，变形量的单位增量所需推力越小，亦即柔性手指的弯曲角度-直线电机推力的曲线斜率越来越大。(4)尤其是板弹簧受到的拉应力随直线电机推力增大而减少，可在满足强度要求的同时减小板弹簧截面积，而减小板弹簧截面积的同时又易于使板弹簧大变形，减小了直线电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
直线电机驱动控制的板弹簧骨架柔性手爪，其特征是：直线电机的定子部件(1a)用螺钉固定在指根板(2a)上，在直线电机的定子部件(1a)的导向和驱动下、直线电机的动子(4a)上下运动，推座(3a)用螺钉固定在直线电机的动子(4a)，直线轴承(6a)用内六角螺钉固定在直角板(5a)上；导向推杆(7a)的上端螺纹部分与推座(3a)采用螺母联接，导向推杆(7a)穿过起导向作用的直线轴承(6a)，导向推杆(7a)下端螺纹部分与铰链座(9a)螺纹联接、并用螺母旋紧防松；板弹簧(8a)的上端被螺钉固定在指根板(2a)和直角板(5a)之间，板弹簧(8a)的中间被螺栓螺母固定在压板(10a)和铰链支座(11a)之间，板弹簧(8a)的最下端是曲面、便于接触被抓取物体；导向推杆(7a)的铰链座(9a)与右螺纹铰链杆(14a)之间是铰链联接，铰链支座(11a)与左螺纹铰链杆(12a)之间铰链联接，左螺纹铰链杆(12a)和右螺纹铰链杆(14a)均旋在螺纹套(13a)内、并用螺母旋紧防松；顺、逆时针旋转螺纹套(13a)，可使左螺纹铰链杆(12a)和右螺纹铰链杆(14a)之间的相对距离增加或缩短；前述的这些零件构成柔性手指(1)，对于每个相同的柔性手指(1)，其指根板(2a)均被螺钉固定在矩形手掌(2)或六边形手掌(3)上；一个柔性手指(1)被安装在矩形手掌(2)的左侧对称中心处，另外二个柔性手指(1)分别被安装在矩形手掌(2)右侧对称中心的两侧，这是一种结构形式；三个柔性手指(1)分别被安装在六边形手掌(3)的三个对应边处，这是另一种结构形式。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章军，朱飞成，王芳，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：实用新型
国别省市：